JP2538859B2 - Variable speed pumped storage system control device - Google Patents

Variable speed pumped storage system control device

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JP2538859B2
JP2538859B2 JP59219885A JP21988584A JP2538859B2 JP 2538859 B2 JP2538859 B2 JP 2538859B2 JP 59219885 A JP59219885 A JP 59219885A JP 21988584 A JP21988584 A JP 21988584A JP 2538859 B2 JP2538859 B2 JP 2538859B2
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秀典 沢
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、2次励磁付の誘導機を任意の回転数で運転
する可変速発電システムの運転制御方式に係り、特に発
電及び揚水の自動周波数制御(AFC)運転時に安定に目
標値に制御するに好適な運転制御方式に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operation control method of a variable speed power generation system for operating an induction machine with secondary excitation at an arbitrary rotation speed, and particularly to an automatic frequency of power generation and pumping. The present invention relates to an operation control method suitable for stable control to a target value during control (AFC) operation.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

従来の揚水発電システムは、揚水時に負荷の調整がで
きないことと、発電運転時に、系統より要求される発電
力が変化すること、ならびに揚水運転特には揚程が作用
すること等により、システムの効率が変化するという欠
点があつた。
A conventional pumped storage power generation system is not able to adjust the load during pumping, changes in the power generation required by the grid during power generation operation, and pumping operation, in particular the pumping head, causes the system efficiency to increase. The drawback was that it changed.

このため、発電力、揚程にかかわらず、上記システム
を最高効率で運転させるための研究が進められている。
その研究の動向は、従来同期機であつた揚水発電機を2
次励磁付の誘導機とし、同期速度以外の回転数で運転す
る、いわゆる可変速発電システムを採用する方向に進ん
でいる。このような可変速発電システムを採用すること
により、発電力、揚程にかかわらず、システムを最高率
で運転することが可能となる。そこで、この可変速発電
システムを実現するための研究が種々進められている。
この可変速発電システムについては、既に、昭和59年電
気学会全国大会論文、No.553、「大容量同期電動機の可
変速運転特性」において紹介されているものの、具体的
な制御方式については、何等ふれられていない。
For this reason, research is being conducted to operate the above system at the highest efficiency regardless of the power generation and the head.
The trend of the research is 2
A so-called variable speed power generation system, which operates as an induction machine with secondary excitation and operates at a rotational speed other than the synchronous speed, is being adopted. By adopting such a variable speed power generation system, it becomes possible to operate the system at the highest rate regardless of power generation and head. Therefore, various studies have been conducted to realize this variable speed power generation system.
This variable speed power generation system has already been introduced in the paper of National Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan in 1984, No.553, "Variable speed operation characteristics of large capacity synchronous motors", but what is the specific control method? Not touched.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、発電及び揚水の各種運転状態で、高
効率に運転できると共に、AFC運転時に安定に目標値に
制御できる可変速揚水発電システムの制御装置を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide a control device for a variable speed pumped storage power generation system that can be operated with high efficiency in various operating states of power generation and pumped water and that can be stably controlled to a target value during AFC operation.

本発明の可変速揚水発電システムの制御装置は、電力
系統に接続された2次巻線を有する誘導機に水車を連結
し、該水車を設定可変の回転数で運転するとともに、前
記2次巻線をすべり周波数の電力により2次励磁制御す
ることを含んでなる可変速揚水発電システムの制御装置
において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力
し、該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大
効率を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力
と最高効率回転数の特性データに従って求めて出力する
とともに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令
値と前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベー
ン開度の指令値を求めて出力する指令算出手段(15)
と、 該指令算出手段から出力される回転数指令値と前記水
車の実回転数の差を求める比較手段(24)と、 該回転数の差を零又は零近傍にすべく前記ガイドベー
ン開度指令値を補正する補正手段(25,26)と、 該補正されたガイドベーン開度指令値に基づいてベー
ン開度の設定値を水車制御手段に出力する開度設定手段
(14)と、 前記有効電力指令値と前記誘導機の実電力との差を求
め、該差を零又は零近傍にするに必要な前記2次励磁電
力の位相角指令値を求める相差角算出手段(16)と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧に
するに必要な2次励磁量を設定する電圧調整手段(18)
と、 該設定された2次励磁量と前記位相角指令値とに基づ
いて前記2次巻線の励磁電力の諸量を設定する2次巻線
励磁量設定手段(17)と、 該設定された励磁量に基づいて前記2次巻線を励磁す
る励磁手段(23)とを含んでなることを特徴とする。
A control device for a variable speed pumped storage hydropower system of the present invention connects a water turbine to an induction machine having a secondary winding connected to an electric power system, operates the water turbine at a variable speed setting, and controls the secondary winding. In a control device of a variable speed pumped storage hydropower system including secondary excitation control of a wire with electric power of a slip frequency, an active power command value of input and output to and from the induction machine is input, and the active power command value is responded to. The output value of the water turbine indicates a rotation speed command value, which is obtained and output according to preset active power and characteristic data of the maximum efficiency rotation speed, and the actual lift is input to the actual lift and the active power command. Command calculation means (15) for obtaining and outputting a command value of the guide vane opening degree of the water turbine based on the value and the command value of the rotational speed
And a comparing means (24) for obtaining a difference between the rotation speed command value output from the command calculating means and the actual rotation speed of the water turbine, and the guide vane opening degree so that the difference in the rotation speed becomes zero or near zero. Correction means (25, 26) for correcting the command value, opening degree setting means (14) for outputting the set value of the vane opening degree to the turbine control means based on the corrected guide vane opening degree command value, Phase difference angle calculating means (16) for obtaining a difference between the active power command value and the actual power of the induction machine, and for obtaining a phase angle command value of the secondary excitation power required to bring the difference to zero or near zero. Voltage adjusting means (18) for setting the amount of secondary excitation required to make the terminal voltage of the induction machine the reference voltage that is the target of the system
And a secondary winding excitation amount setting means (17) for setting various amounts of excitation power of the secondary winding based on the set secondary excitation amount and the phase angle command value. And an exciting means (23) for exciting the secondary winding based on the amount of excitation.

ここで、上記構成を有する本発明の作用について説明
する。
Here, the operation of the present invention having the above configuration will be described.

第1に、一般に可変速揚水発電機は要求される有効電
力を入・出力するために、有効電力に応じて水車のガイ
ドベーン開度を制御するの当然である。
First, in general, a variable speed pumped storage generator inputs and outputs the required active power, and thus it is natural to control the guide vane opening of the water turbine according to the active power.

しかし、本発明は、水車効率は誘導機の出力又は入力
有効電力の値に応じて変化し、特に有効電力の値によっ
て最高効率を示す回転数が異なるという知見に基づきな
されたものである。すなわち、本発明は、有効電力と最
高効率回転数の特性データを予め設定しておき、入力さ
れる有効電力の指令値に対応する最高効率回転数を求
め、この求めた回転数に基づいてガイドベーン開度を制
御するようにしていることから、有効電力指令値が変化
しても常に高効率で運転できるのである。
However, the present invention has been made based on the finding that the turbine efficiency changes according to the output of the induction machine or the value of the input active power, and that the rotation speed at which the maximum efficiency is changed differs depending on the value of the active power. That is, the present invention sets the characteristic data of active power and maximum efficiency rotation speed in advance, obtains the maximum efficiency rotation speed corresponding to the command value of the input active power, and guides based on the obtained rotation speed. Since the vane opening is controlled, it is possible to always operate with high efficiency even if the active power command value changes.

第2に、有効電力を制御する方法としては、励磁電圧
の絶対値を制御することの他に、誘導機の場合は、交流
励磁であるから、2次励磁の位相を制御して、つまり相
差角を制御して有効電力を制御することが可能である。
また、それら2つの要素を組み合わせて制御することが
考えられる。この点について、本発明では、有効電力に
基づいて相差角を制御することとしたのは、次の理由に
よる。周知のように、系統に接続された可変速揚水発電
機の有効電力Pと無効電力Qは、それぞれ次式で表せ
る。
Second, as a method of controlling active power, in addition to controlling the absolute value of the excitation voltage, in the case of an induction machine, since it is AC excitation, the phase of secondary excitation is controlled, that is, the phase difference. It is possible to control the corners to control the active power.
Further, it is conceivable to combine and control these two elements. In this respect, the present invention controls the phase difference angle based on active power for the following reason. As is well known, the active power P and the reactive power Q of the variable speed pumped storage generator connected to the grid can be expressed by the following equations, respectively.

ここで、E1は可変速揚水発電機の出力端電圧ベクト
ル、E2は系統側を無限大母線として考えたときの系統電
圧ベクトル、Xはそれらの間の線路のリアクタンス、θ
は可変速揚水発電機と無限大母線との相差角である。
Here, E 1 is the output voltage vector of the variable speed pumped-storage generator, E 2 is the system voltage vector when the system side is considered as an infinite bus, X is the reactance of the line between them, θ
Is the phase difference angle between the variable speed pumped storage generator and the infinite bus.

一方、通常の揚水発電の運用範囲では、相差角θが小
さい(例えば10゜程度)から、そのような範囲でθを変
化させると、sinθとcosθの相違から、無効電力Qを殆
ど変化させずに、有効電力Pのみを制御できる。
On the other hand, in the normal operating range of pumped storage power generation, the phase difference angle θ is small (for example, about 10 °), so if θ is changed in such a range, the reactive power Q hardly changes due to the difference between sin θ and cos θ. Moreover, only the active power P can be controlled.

このような特性に鑑み、本発明は、少なくとも、有効
電力指令値と誘導機の実電力との差を求め、該差を零又
は零近傍にするにように2次励磁電力の位相を制御する
こととしたのである。これにより、本発明によれば、系
統に与える影響を少なくして、可変速機の有効電力Pを
安定に制御できることになるのである。その結果、AFC
運転時に可変速揚水発電機を目標値に安定に制御できる
ことになる。
In view of such characteristics, the present invention determines at least the difference between the active power command value and the actual power of the induction machine, and controls the phase of the secondary excitation power so that the difference becomes zero or near zero. It was decided. Thus, according to the present invention, the effective power P of the variable speed machine can be stably controlled with less influence on the system. As a result, AFC
The variable speed pumped storage generator can be stably controlled to the target value during operation.

なお、上記相差角算出手段(16)に代えて、前記有効
電力指定値と前記誘導機の実電力との差を求め、該差と
前記回転数の差の和を零又は零近傍にするに必要な前記
2次励磁電力の位相角指令値を求める相差角算出手段
(16)としてもよい。これによれば、回転数の差が位相
指令値に加算されるので、有効電力P制御の応答速度が
向上する。
In place of the phase difference angle calculating means (16), the difference between the active power designation value and the actual power of the induction machine is obtained, and the sum of the difference and the rotational speed difference is set to zero or near zero. The phase difference angle calculating means (16) for obtaining the required phase angle command value of the secondary excitation power may be used. According to this, since the difference in the number of rotations is added to the phase command value, the response speed of the active power P control is improved.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第2図は、可変速発電システムの概要を示す図であ
り、一次、二次側共、3相巻線からなる。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the variable speed power generation system, which comprises three-phase windings on both the primary and secondary sides.

同図において、1は固定子、2は回転子である。a〜
cは固定子のa,b,c相巻線、6a〜6cは回転子のa,b,c相巻
線である。また、定格周波数をf,すべりをsとすると、
回転子2の速度はf(1−s)であり、回転子2の励磁
巻線をすべりsの周波数で励磁することにより、回転子
2により発生する回転磁界はすべり零(周期速度)で回
転し、固定子1の回転磁界の速度と同一になる。7は回
転子2の回転数を測定する測定部であり、この測定部7
からの出力をすべり検出部3に取り込み、この検出部3
ですべり周波数を検出し、その検出した信号を電圧発生
部4に供給する。電圧発生部4はすべり周波数に応じた
電圧を発生させ、2次巻線を励磁する。
In the figure, 1 is a stator and 2 is a rotor. a ~
Reference numeral c is a stator a, b, c phase winding, and 6a to 6c are rotor a, b, c phase windings. If the rated frequency is f and the slip is s,
The speed of the rotor 2 is f (1-s), and by exciting the exciting winding of the rotor 2 at the frequency of the slip s, the rotating magnetic field generated by the rotor 2 rotates at zero slip (periodic speed). However, the velocity of the rotating magnetic field of the stator 1 becomes the same. Reference numeral 7 denotes a measuring unit that measures the number of rotations of the rotor 2.
The output from the slip detection unit 3 is taken in, and the detection unit 3
The slip frequency is detected and the detected signal is supplied to the voltage generator 4. The voltage generator 4 generates a voltage according to the slip frequency and excites the secondary winding.

このようにすることにより、任意の回転数で運転を行
つても、常に電気子巻線には、系統周波数の電圧を発生
させることができる。すなわち、第2図の構成では、回
転子の回転磁界は、 f(1−s)+fs=f …(1) となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力が得ら
れることになる。この方式において、本実施例は、揚水
及び発電のAFC運転時に任意の回転数で安定に目標値に
制御できる方式である。
By doing so, it is possible to always generate a voltage of the system frequency in the armature winding even when the operation is performed at an arbitrary rotation speed. That is, in the configuration of FIG. 2, the rotating magnetic field of the rotor is f (1-s) + fs = f (1), and an output at the rated frequency can be obtained regardless of slippage. In this method, the present embodiment is a method that can be stably controlled to a target value at any rotation speed during AFC operation of pumping and power generation.

第1図は、本発明に係る可変速発電システムの運転制
御方式で適用される実施例を示すものであり、可変速機
が系統に接続されて運転している場合を示してある。10
は電力系統であり、1,2は第2図と同一の固定子及び回
転子である。静落差H及び出力指令P0が指令値算出回路
15に与えられると、指令値算出回路15で、効率を考慮し
たガイドベーンの開度指令値Hv及び速度指令値N0が算出
される。指令値算出回路15より速度指令値N0が算出さ
れ、その算出された値N0を比較部24に供給する。この値
N0と実際の回転数Nの差が比較部で求められる。比較部
24からの出力が速度応答調速機25を介して補正部26に供
給される。補正部26の一方に入力された信号により、指
令値算出回路15からのガイドベーン開度の目標値Hvが補
正される。この補正部26からの出力が開度設定器14に与
えられ、開度設定器14の時間遅れをもつてガイドベーン
の開度が定まる。開度設定器14の出力に基づいて水車の
ガイドベーン13の開度が調整され、その開度と静落差H
と水車特性に基づいて、水車12に連結された回転子2は
回転数Nで回転する。11は速度発電機であり、この発電
機11からの出力により、速度が検出される。19は電流変
成器で、20は電圧変成器であり、有効電力導出部21で電
流変成器19及び電圧変成器20からの出力をもとに、有効
電力を算出する。16は2次巻線の相差角算出部であり、
相差角算出部16は有効電力導出部21から出力される有効
電力Pと出力指令P0により相差角を算出する。17は2次
回路の励磁量を設定する設定部であり、18は励磁量の電
圧値を制御する電圧調整部である。23a,23b,23cは設定
部17で設定された励磁量を、a,b,c相に用いるために移
相する移相部である。22a,22b,22cは励磁巻線であり、
励磁巻線22a,22b,22cは移相部23a〜23cで移相した励磁
量でa,b,c相を励磁される。このように、出力指令に対
して、ガイドベーンの開度指令Hv、速度指令N0が与えら
れ、実際の回転数Nと目標値N0との差より、ガイドベー
ン開度Hvを目標値より実情にあつたように補正する。
FIG. 1 shows an embodiment applied to an operation control method of a variable speed power generation system according to the present invention, and shows a case where a variable speed machine is connected to a system for operation. Ten
Is an electric power system, and 1 and 2 are the same stator and rotor as in FIG. Static difference H and output command P 0 are command value calculation circuit
When given to 15, the command value calculation circuit 15 calculates the guide vane opening command value H v and the speed command value N 0 in consideration of efficiency. The command value calculation circuit 15 calculates the speed command value N 0, and supplies the calculated value N 0 to the comparison unit 24. This value
The difference between N 0 and the actual rotational speed N is obtained by the comparison unit. Comparison section
The output from 24 is supplied to the correction unit 26 via the speed response governor 25. The target value H v of the guide vane opening from the command value calculation circuit 15 is corrected by the signal input to one side of the correction unit 26. The output from the correction unit 26 is given to the opening degree setting device 14, and the opening degree of the guide vane is determined with a time delay of the opening degree setting device 14. The opening of the guide vane 13 of the water turbine is adjusted based on the output of the opening setter 14, and the opening and the static drop difference H
Based on the turbine characteristics, the rotor 2 connected to the turbine 12 rotates at the rotation speed N. Reference numeral 11 is a speed generator, and the speed is detected by the output from the generator 11. Reference numeral 19 is a current transformer, 20 is a voltage transformer, and the active power deriving unit 21 calculates active power based on the outputs from the current transformer 19 and the voltage transformer 20. 16 is a phase difference angle calculation unit of the secondary winding,
The phase difference angle calculation unit 16 calculates the phase difference angle based on the active power P output from the active power derivation unit 21 and the output command P 0 . Reference numeral 17 is a setting unit that sets the amount of excitation of the secondary circuit, and 18 is a voltage adjustment unit that controls the voltage value of the amount of excitation. Reference numerals 23a, 23b, and 23c are phase shift units that shift the amount of excitation set by the setting unit 17 for use in the a, b, and c phases. 22a, 22b, 22c are excitation windings,
The excitation windings 22a, 22b, and 22c are excited in the a, b, and c phases with the amount of excitation that has been phase-shifted by the phase shift units 23a to 23c. In this way, the guide vane opening command H v and the speed command N 0 are given to the output command, and the guide vane opening H v is targeted based on the difference between the actual rotational speed N and the target value N 0. Correct the value to suit the actual situation.

本発明は、第1図の相差角制御部の最適システムを確
立しようとするものである。
The present invention is intended to establish an optimum system of the phase difference angle control unit of FIG.

以下、本発明の一実施例を第3図により具体的に説明
する。第3図は、2次励磁付の誘導機により任意の回転
数で運転できる、いわゆる可変速発電システムG1が、送
電線Lを介して、系統10に接続されて運転されている例
を示すものである。送電線Lには、電圧変成器20、電流
変成器19が設置されている。
An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIG. FIG. 3 shows an example in which a so-called variable speed power generation system G 1 , which can be operated at an arbitrary rotation speed by an induction machine with secondary excitation, is connected to the system 10 via a transmission line L and operated. It is a thing. A voltage transformer 20 and a current transformer 19 are installed on the power transmission line L.

一般に、揚水発電機には、フランシス水車が使用さ
れ、水車出力と効率との関係は、第4図のように示され
る。同図は、横軸に水車出力、縦軸に効率をとり、回転
数をパラメータとして示したものである。P1,P2は水車
出力を、n1,n2は水車効率を、N1,N2は回転数を示す。な
お、水車効率は水車に作用する水力エネルギに対する水
車出力の割合である。また、固定子1と回転子2からな
る誘導機の損失を無視すれば、水車出力は有効電力Pに
相当する関係にある。出力P1では回転数N1で、出力P2
は回転数N2で、それぞれの出力における最高効率n1,n2
となることを示している。このように、出力によつて、
効率が最高となる回転数は異なつており、本発明はこれ
らの最高効率の点で運転しようとすることにある。
Generally, a Francis turbine is used for a pumped-storage power generator, and the relationship between turbine output and efficiency is shown in FIG. This figure shows the turbine output on the horizontal axis and the efficiency on the vertical axis, and shows the number of revolutions as a parameter. P 1 and P 2 are turbine output, n 1 and n 2 are turbine efficiency, and N 1 and N 2 are rotational speed. The turbine efficiency is the ratio of the turbine output to the hydraulic energy that acts on the turbine. Further, if the loss of the induction machine including the stator 1 and the rotor 2 is ignored, the turbine output has a relationship corresponding to the active power P. The output P 1 is the rotation speed N 1 , the output P 2 is the rotation speed N 2 , and the maximum efficiency n 1 , n 2 at each output
It shows that it becomes. Thus, depending on the output,
The number of revolutions at which the efficiency is highest is different, and the present invention seeks to operate at these highest efficiency points.

第3図において、可変速発電システムは、操作端Tよ
り、発電機に要求される出力指令P0が与えられると、発
電機の特性、水の落差を考慮した上で、高効率の運転が
できるよう、発電機の回転数N0、水車のガイドベーンv
の開度Hvが制御指令部100において求められ、これらの
値にあうような運転ができるよう制御される。このよう
な状態で、発電機出力の低下指令が与えられると、あら
かじめ与えられている手法により、発電機出力、水の落
差をもとに、発電機の効率が最適となるように、回転数
N0、ガイドベーンの弁開度Hvを求め、これらの目標値と
なるよう、回転数、弁開度を制御し、効率のよい運転を
行うことになる。
In FIG. 3, when the output command P 0 required by the generator is given from the operating end T of the variable speed power generation system, the highly efficient operation is performed in consideration of the characteristics of the power generator and the water drop. As much as possible, the number of revolutions of the generator N 0 , the guide vanes of the water turbine v
The opening degree H v of is calculated by the control command unit 100, and the operation is controlled so that the operation that meets these values can be performed. When a generator output reduction command is given in such a state, the number of revolutions will be adjusted by a previously given method so that the efficiency of the generator will be optimized based on the generator output and the water drop.
N 0 and the valve opening H v of the guide vane are obtained, and the rotation speed and the valve opening are controlled so that these target values are achieved, and efficient operation is performed.

一方、発電機回転数の定格よりのずれは、励磁回路Ex
の情報として、すべり周波数を用いることにより、前述
のように、定格周波数の出力が得られることになる。
On the other hand, the deviation of the generator speed from the rating is due to the excitation circuit Ex
As described above, by using the slip frequency, the output at the rated frequency can be obtained as described above.

次に、2次励磁の具体例について説明する。第1図に
示すように、3相の2次励磁電圧は次のようにあらわさ
れる。
Next, a specific example of secondary excitation will be described. As shown in FIG. 1, the three-phase secondary excitation voltage is expressed as follows.

すなわち、第3図の操作端Tより与えられた指令によ
り、a,b,c相の励磁量をうるための関数のうち相差角Δ
δを求める。a,b,c相の励磁電圧をvfa,vfb,vfcとすると と与えられる。ここで、E:すべり及び可変速機の運転状
態で定まる電圧値、t:時間、δ0:可変速機の運転状態で
定まる位相角、Δδ:制御指令部の出力で制御される位
相角とする。上式を用いて制御を行う場合に、無効電力
の制御指令に対しては、電圧Eで、有効電力の制御指令
に対しては、位相角Δδで制御すればよい。
That is, the phase difference angle Δ among the functions for obtaining the excitation amounts of the a, b, and c phases by the command given from the operation end T of FIG.
Find δ. Letting the excitation voltages of the a, b, and c phases be v fa , v fb , v fc Is given. Where E: voltage value determined by slip and variable speed machine operating state, t: time, δ 0 : phase angle determined by variable speed machine operating state, Δδ: phase angle controlled by output of control command unit and To do. When the control is performed using the above formula, the control command for the reactive power may be controlled by the voltage E, and the control command for the active power may be controlled by the phase angle Δδ.

本実施例は、上式において、AFC運転時に有効電力を
安定に目標値に制御する。
In this embodiment, in the above formula, the active power is stably controlled to the target value during AFC operation.

このため、上記の構成において、励磁回路の位相角
(Δδ)を制御して、電力を目標値にあわせることが必
要となる。このために、位相角を動かすための情報とし
て、有効電力を用いるものである。すなわち、位相角Δ
δは、 Δδ=k1(P−P0) …(9) とあらわせる。ここで、P0:有効電力制御指令の与えら
れる直前の値、P:有効電力の実際の値、k1:定数とす
る。
Therefore, in the above configuration, it is necessary to control the phase angle (Δδ) of the exciting circuit to match the power with the target value. Therefore, active power is used as information for moving the phase angle. That is, the phase angle Δ
δ is expressed as Δδ = k 1 (P−P 0 ) ... (9). Here, P 0 is a value immediately before the active power control command is given, P is an actual value of the active power, and k 1 is a constant.

一方、水車入力はガイドベーンの弁開度を調整するこ
とにより制御する。すなわち、第1図に示すように、回
転数の目標値N0及び回転数の実際Nの値から求めた結果
をもとに速度応答調速機25を介してガイドベーンの開度
設定器14を制御する。
On the other hand, the turbine input is controlled by adjusting the valve opening of the guide vane. That is, as shown in FIG. 1, based on the result obtained from the target value N 0 of the number of revolutions and the actual value N of the number of revolutions, the guide vane opening degree setting device 14 To control.

第5図は本発明の他の実施例を示す図であり、この実
施例によれば制御時の応答をはやくできる。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention. According to this embodiment, the response at the time of control can be speeded up.

第5図において、比較部24の出力(N−N0)を、2次
巻線相差角算出部16に与え、相差角Δδを、 Δδ=k1(P−P0)+k2(N−N0) …(4) とする。ここで、N0:目標回転数、N:実際の回転数、k2:
定数とする。
In FIG. 5, the output (N−N 0 ) of the comparison unit 24 is given to the secondary winding phase difference angle calculation unit 16, and the phase difference angle Δδ is Δδ = k 1 (P−P 0 ) + k 2 (N− N 0 ) ... (4) Where N 0 : target speed, N: actual speed, k 2 :
It is a constant.

このようにすることにより、回転数の偏差(N−N0
及び電力の偏差(P−P0)で2次巻線位相角Δδを制御
できるため、高速で目標値に制御できる。ここで、P0
指令変更前の値を用いてもよく、また、指令変更後の値
を用いてもよい。
By doing so, the deviation of the number of revolutions (N-N 0 )
Since the secondary winding phase angle Δδ can be controlled by the power deviation (P−P 0 ), the target value can be controlled at high speed. Here, as P 0 , a value before the command change may be used, or a value after the command change may be used.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、有効電力と最高効率回転数の特性デ
ータを予め設定しておき、入力される有効電力の指令値
に対応する最高効率回転数を求め、この求めた回転数に
基づいてガイドベーン開度を制御するようにしているこ
とから、有効電力指令値が変化しても常に高効率で運転
できるという格別の作用効果が得られるのである。
According to the present invention, the characteristic data of active power and maximum efficiency rotation speed is set in advance, the maximum efficiency rotation speed corresponding to the command value of the input active power is calculated, and the guide speed is determined based on this calculated rotation speed. Since the vane opening is controlled, it is possible to obtain a special effect of always operating with high efficiency even if the active power command value changes.

また、有効電力指令値と誘導機の実電力との差を求
め、誤差を零又は零近傍にするにように2次励磁電力の
位相を制御していることから、無効電力に影響を及ぼす
ことなく、余剰又は不足の有効電力P指令値に合わせて
可変速機を安定に制御でき、その結果、AFC運転時に可
変速揚水発電機を目標値に安定に制御できることにな
る。
Also, since the difference between the active power command value and the actual power of the induction machine is calculated, and the phase of the secondary excitation power is controlled so that the error becomes zero or near zero, it affects the reactive power. The variable speed machine can be stably controlled according to the surplus or shortage of the effective power P command value, and as a result, the variable speed pumped-storage generator can be stably controlled to the target value during AFC operation.

一方、回転数指令値と実測値の差を位相指令値に加算
するようにしたものによれば、有効電力P制御の応答速
度が向上する。
On the other hand, if the difference between the rotation speed command value and the actual measurement value is added to the phase command value, the response speed of the active power P control is improved.

なお、有効電力指令値による励磁位相制御に際し、有
効電力指令値が変化する直前の有効電力指令値を用い、
つまり1サンプリング前の有効電力指令値を用い、これ
と実電力との差に応じて励磁位相を制御するようにした
ものによれば、位相角の変化が緩やかになり、系統の安
定性の面から好ましい。
In the excitation phase control by the active power command value, the active power command value immediately before the active power command value changes is used,
That is, according to the one in which the active power command value before one sampling is used and the excitation phase is controlled according to the difference between this and the actual power, the change in the phase angle becomes gentle, and the stability of the system is improved. Is preferred.

また、揚水運転時にも系統から要求される電力に対
し、効率よく運転することができ、経済的効果が極めて
大きい。
Further, even during the pumping operation, the electric power required by the system can be efficiently operated, and the economical effect is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の実施例を示すブロツク図、第2図は可
変速揚水発電システムの原理概要を示すブロツク図、第
3図は本発明によるシステムの概要を示すブロツク図、
第4図はフランシス水車の出力と効率の関係例を示す波
形図、第5図は本願の他の実施例を示すブロツク図であ
る。 Ex……励磁回路、G1……可変速発電システム、L……送
電線、100……制御指令部、T……操作端、1……固定
子、2……回転子、3……すべり検出部、4……電圧発
生部、5a〜5c……固定子a,b,c相巻線、6a〜6c……回転
子のa,b,cの相巻線、7……回転数測定部、10……系
統、11……速度発電機、13……ガイドベーン、14……開
度設定器、15……指令値算出回路、16……2次巻線相差
角算出部、17……2次巻線励磁量設定部、18……電圧調
整部、19……電流変成器、20……電圧変成器、21……有
効電力導出部、22a〜22c……2次励磁のa,b,c相巻線、
……出力指令値、N0……速度指令値、N……速度、23
a〜23c……移相部、24……比較部、25……速度応答調速
機、26……補正部。
1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the principle of a variable speed pumped storage power generation system, and FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the system according to the present invention.
FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of the relationship between output and efficiency of the Francis turbine, and FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the present application. E x ...... exciting circuit, G 1 ...... variable-speed power generating system, L ...... transmission line, 100 ...... control instruction unit, T ...... operation ends, 1 ...... stator 2 ...... rotor, 3 ...... Slip detector, 4 ... Voltage generator, 5a-5c ... Stator a, b, c phase winding, 6a-6c ... Rotor a, b, c phase winding, 7 ... Rotation speed Measuring unit, 10-system, 11-speed generator, 13-guide vane, 14-opening setting device, 15-command value calculation circuit, 16-secondary winding phase difference angle calculation unit, 17 ...... Secondary winding excitation amount setting unit, 18 ...... Voltage adjustment unit, 19 ...... Current transformer, 20 ...... Voltage transformer, 21 ...... Active power derivation unit, 22a to 22c …… A of secondary excitation , b, c phase winding,
0: Output command value, N 0: Speed command value, N: Speed, 23
a-23c …… Phase shift section, 24 …… Comparison section, 25 …… Velocity response governor, 26 …… Correction section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野原 哈夫 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 後藤 益雄 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 沢 秀典 日立市大みか町5丁目2番1号 株式会 社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭59−72998(JP,A) 特開 昭55−56499(JP,A) 特開 昭56−126675(JP,A) 特開 昭55−10856(JP,A) 特開 昭53−110017(JP,A) 特開 昭53−140522(JP,A) 特開 昭52−46428(JP,A) 特開 昭53−32314(JP,A) 特開 昭59−173000(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukio Nohara 3-1-1 Hitachi-machi, Hitachi City Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masuo Goto 3-1-1 Hitachi-machi, Hitachi City Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Hidenori Sawa, 5-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ltd., Omika Plant, Hitachi, Ltd. (56) References Japanese Patent Laid-Open No. 59-72998 (JP, A) Kai 55-56499 (JP, A) JP 56-126675 (JP, A) JP 55-10856 (JP, A) JP 53-110017 (JP, A) JP 53-140522 ( JP, A) JP 52-46428 (JP, A) JP 53-32314 (JP, A) JP 59-173000 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電力系統に接続された2次巻線を有する誘
導機に水車を連結し、該水車を設定可変の回転数で運転
するとともに、前記2次巻線をすべり周波数の電力によ
り2次励磁制御することを含んでなる可変速揚水発電シ
ステムの制御装置において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力し、
該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大効率
を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力と最
高効率回転数の特性データに従って求めて出力するとと
もに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令値と
前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベーン開
度の指令値を求めて出力する指令算出手段(15)と、 該指令算出手段から出力される回転数指令値と前記水車
の実回転数の差を求める比較手段(24)と、 該回転数の差を零又は零近傍にすべく前記ガイドベーン
開度指令値を補正する補正手段(25,26)と、 該補正されたガイドベーン開度指令値に基づいてベーン
開度の設定値を水車制御手段に出力する開度設定手段
(14)と、 前記有効電力指令値と前記誘導機の実電力との差を求
め、該差を零又は零近傍にするに必要な前記2次励磁電
力の位相角指令値を求める相差角算出手段(16)と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧にす
るに必要な2次励磁量を設定する電圧調整手段(18)
と、 該設定された2次励磁量と前記位相角指令値とに基づい
て前記2次巻線の励磁電力の諸量を設定する2次巻線励
磁量設定手段(17)と、 該設定された励磁量に基づいて前記2次巻線を励磁する
励磁手段(23)とを含んでなる可変速揚水発電システム
の制御装置。
1. A water turbine is connected to an induction machine having a secondary winding connected to a power system, the water turbine is operated at a variable speed of setting, and the secondary winding is driven by electric power of a slip frequency. In the control device of the variable speed pumped storage power generation system including the secondary excitation control, inputting the active power command value of the input and output to the induction machine,
The output value of the water turbine corresponding to the active power command value indicates a rotation speed command value indicating the maximum efficiency, is output according to preset active power and maximum efficiency rotation speed characteristic data, and the actual head is input. Command calculation means (15) for obtaining and outputting a command value of the guide vane opening degree of the water turbine based on the actual head, the active power command value and the command value of the rotation speed, and the command calculation means (15) Comparing means (24) for obtaining the difference between the rotation speed command value and the actual rotation speed of the water turbine, and correction means (25, for correcting the guide vane opening command value so that the difference between the rotation speeds becomes zero or near zero. 26), an opening setting means (14) for outputting the set value of the vane opening to the water turbine control means on the basis of the corrected guide vane opening command value, the active power command value and the actual value of the induction machine. It is necessary to find the difference from the electric power and bring the difference to zero or near zero. And a phase difference angle calculating means (16) for obtaining a phase angle command value of the secondary excitation power, and a voltage adjustment for setting a secondary excitation amount required to make a terminal voltage of the induction machine a reference voltage which is a target of the system. Means (18)
And a secondary winding excitation amount setting means (17) for setting various amounts of excitation power of the secondary winding based on the set secondary excitation amount and the phase angle command value. A control device for a variable speed pumped storage hydropower system, comprising: an excitation means (23) for exciting the secondary winding based on the amount of excitation.
【請求項2】電力系統に接続された2次巻線を有する誘
導機に水車を連結し、該水車を設定可変の回転数で運転
するとともに、前記2次巻線をすべり周波数の電力によ
り2次励磁制御することを含んでなる可変速揚水発電シ
ステムの制御装置において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力し、
該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大効率
を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力と最
高効率回転数の特性データに従って求めて出力するとと
もに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令値と
前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベーン開
度の指令値を求めて出力する指令算出手段(15)と、 該指令算出手段から出力される回転数指令値と前記水車
の実回転数の差を求める比較手段(24)と、 該回転数の差を零又は零近傍にすべく前記ガイドベーン
開度指令値を補正する補正手段(25,26)と、 該補正されたガイドベーン開度指令値に基づいてベーン
開度の設定値を水車制御手段に出力する開度設定手段
(14)と、 前記有効電力指令値と前記誘導機の実電力との差を求
め、該差と前記回転数の差の和を零又は零近傍にするに
必要な前記2次励磁電力の位相角指令値を求める相差角
算出手段(16)と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧にす
るに必要な2次励磁量を設定する電圧調整手段(18)
と、 該設定された2次励磁量と前記位相角指令値とに基づい
て前記2次巻線の励磁電力の諸量を設定する2次巻線励
磁量設定手段(17)と、 該設定された励磁量に基づいて前記2次巻線を励磁する
励磁手段(23)とを含んでなる可変速揚水発電システム
の制御装置。
2. A water turbine is connected to an induction machine having a secondary winding connected to an electric power system, the water turbine is operated at a variable rotation speed, and the secondary winding is driven by electric power having a slip frequency. In the control device of the variable speed pumped storage power generation system including the secondary excitation control, inputting the active power command value of the input and output to the induction machine,
The output value of the water turbine corresponding to the active power command value indicates a rotation speed command value indicating the maximum efficiency, is output according to preset active power and maximum efficiency rotation speed characteristic data, and the actual head is input. Command calculation means (15) for obtaining and outputting a command value of the guide vane opening degree of the water turbine based on the actual head, the active power command value and the command value of the rotation speed, and the command calculation means (15) Comparing means (24) for obtaining the difference between the rotation speed command value and the actual rotation speed of the water turbine, and correction means (25, for correcting the guide vane opening command value so that the difference between the rotation speeds becomes zero or near zero. 26), an opening setting means (14) for outputting the set value of the vane opening to the water turbine control means on the basis of the corrected guide vane opening command value, the active power command value and the actual value of the induction machine. Calculate the difference between the electric power and the sum of the difference and the difference in the number of revolutions to zero. Is a phase difference angle calculating means (16) for obtaining a phase angle command value of the secondary excitation power required to bring it to near zero, and a secondary required for setting the terminal voltage of the induction machine to a target reference voltage of the system. Voltage adjustment means to set the amount of excitation (18)
And a secondary winding excitation amount setting means (17) for setting various amounts of excitation power of the secondary winding based on the set secondary excitation amount and the phase angle command value. A control device for a variable speed pumped storage hydropower system, comprising: an excitation means (23) for exciting the secondary winding based on the amount of excitation.
【請求項3】特許請求の範囲第2項において、前記有効
電力指令値が当該指令値変更直前の電力指令値であるこ
とを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置。
3. The control device for a variable speed pumped storage hydropower system according to claim 2, wherein the active power command value is a power command value immediately before the command value is changed.
【請求項4】特許請求の範囲第2項において、前記有効
電力指令値が当該指令値変更後の電力指令値であること
を特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置。
4. The control device for a variable speed pumped storage hydropower system according to claim 2, wherein the active power command value is a power command value after the command value is changed.
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